Vísindamenn við Max Planck Institute for Nuclear Physics hafa tekist að mæla óendanlega litlar breytingar á massi einstakra atóma eftir skammtastökk rafeinda að innan með því að nota ofurnákvæmt Pentatrap atómjafnvægi við stofnunina í Heidelberg.
Í klassískri aflfræði, 'massi' er mikilvægur eðliseiginleiki hvers hlutar sem breytist ekki - þyngdin breytist eftir 'hröðun vegna þyngdarafls' en massi helst stöðug. Þessi hugmynd um stöðugleika massa er grunnforsenda í aflfræði Newtons, hins vegar ekki í skammtaheiminum.
Afstæðiskenning Einsteins gaf hugmyndina um massa-orkujafngildi sem fól í sér að massi hlutar þyrfti ekki alltaf að vera stöðugur; það er hægt að breyta því í (samsvarandi magn af) orku og öfugt. Þetta innbyrðis tengsl eða skiptanleika massa og orka inn í hvort annað er ein af miðlægum hugsunum í vísindum og er gefið með hinni frægu jöfnu E=mc2 sem afleiða af sérstakri afstæðiskenningu Einsteins þar sem E er orka, m er massi og c er ljóshraði í lofttæmi.
Þessi jafna E=mc2 er í leik alls staðar alls staðar en sést verulega, til dæmis í kjarnorku kjarnaofnar þar sem massatap að hluta við kjarnaklofnun og kjarnasamrunahvörf gefur tilefni til mikillar orku.
Í undiratómheiminum, þegar rafeind hoppar „til“ eða „frá“ einum svigrúm til annars frásogast eða losnar orkumagn sem jafngildir „orkustigsbili“ milli skammtastiganna tveggja. Þess vegna, í samræmi við formúluna um massa-orkujafngildi, er massi an atóm ætti að hækka þegar það gleypir orku og öfugt ætti að minnka þegar það losar orku. En breytingin á massa atóms eftir skammtabreytingar rafeinda innan atómsins, væri afar lítil að mæla; eitthvað sem hefur ekki verið hægt hingað til. En ekki lengur!
Vísindamenn við Max Planck Institute for Nuclear Physics hafa tekist að mæla þessa óendanlega litlu breytingu á massa einstakra atóma í fyrsta skipti, hugsanlega hæsta punktinn í nákvæmniseðlisfræði.
Til að ná þessu notuðu vísindamenn við Max Planck Institute ofurnákvæmt Pentatrap atómjafnvægi við stofnunina í Heidelberg. PENTATRAP stendur fyrir 'High-precision Penning trap mass spectrometer', jafnvægi sem getur mælt óendanlega litlar breytingar á massa atóms eftir skammtastökk rafeinda innan.
PENTATRAP greinir þannig metstöðug rafeindaástand innan frumeinda.
Skýrslan lýsir athugun á metstöðugu rafeindaástandi með því að mæla massamuninn á milli jarðvegs og örvunarástands í Rhenium.
***
Tilvísanir:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Fréttastofa – Pentatrap mælir mismun á massa milli skammtaástanda. Birt 07. maí 07, 2020. Aðgengilegt á netinu á https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Skoðað þann 07. maí 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. o.fl. Greining á metstable rafeindaástandi með Penning trap massagreiningu. Náttúra 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok á ensku Q52, 2007. Bohr atóm líkan. [mynd á netinu] Fæst á https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Aðgangur 08 maí 2020.
***
